Массообменный аппарат

 

Изобретение относится к массообменным аппаратам, выполняющим роль фильтров-осушителей газа в системах управления газопроводов. Массообменный аппарат включает цилиндрический корпус 1 с горизонтальной крышкой 2. В крышке 2 по ее оси установлен плоский пористый элемент 3 из спеченного нержавеющего материала. В верхней части корпуса 1 размещен сепарационный элемент. Он может быть выполнен в виде пакета перфорированных пластин 4 конусообразной формы, установленных по оси аппарата. Сепарационный элемент может также представлять собой набор контактных коаксиальных вертикальных цилиндров с завихрителями, прикрепленный к крышке. Нижняя часть корпуса 1 образует ванну 11, заполненную сорбирующей жидкостью, в которую частично погружена барботажная ванна. Цилиндрическая барботажная ванна снабжена перфорированным стаканом 8, размещенным по оси ее корпуса 7, соосно c которым установлен внутри ванны цилиндрический пористый элемент 9, играющий роль фильтра грубой очистки и собственно барботера. Он выполнен из материала, аналогичного материалу плоского пористого элемента 3, играющего роль фильтра тонкой очистки. Ось барботажной ванны не совпадает с вертикальной осью симметрии массообменного аппарата. Использование аппарата интенсифицирует процесс поглощения жидкости за счет увеличенной площади контактной поверхности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к массообменным аппаратам, играющим роль фильтров-осушителей газа, предназначенных для разделения многофазных сред в процессах адсорбции, ректификации, и может быть использовано в системах управления шаровыми кранами газопроводов.

Известны фильтры-осушители газа (N 1487950, B 01 D 46/02, N 2016629 В 01 D 45/06), содержащие цилиндрический корпус, патрубки ввода и вывода жидкости и газа, фильтрующие элементы, сепарационные пакеты.

Известные устройства не применяются для осушки природного газа, используемого для управления автоматикой в системах на перекачивающих станциях, т. к. они нестабильно работают в импульсном режиме.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение, защищенное патентом N 1717196, В 01 D 53/18 (БИ N 9-92).

Известный массообменный аппарат содержит корпус с горизонтальной крышкой, к которой прикреплены контактные коаксиальные цилиндры с завихрителями, промежуточные цилиндры, барботажную ванну, выполненную в виде замкнутого коаксиального объема и помещенную в дополнительную ванну. Аппарат снабжен двумя пористыми элементами, один из которых - цилиндрический размещен по оси аппарата, а пористая шайба установлена в верхней части кольцевого канала между цилиндром-питателем и цилиндрическим пористым элементом.

Однако конструкция известного аппарата не позволяет, например, проводить саморегенерацию фильтрующих элементов, она достаточно громоздка.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных возможностей аппарата (увеличение эксплуатационного ресурса при неизменных габаритных размерах аппарата, интенсификация процесса адсорбции).

Поставленная цель достигается тем, что в массообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус с горизонтальной крышкой в верхней части, сепаратор, цилиндрический и плоский пористые элементы, барботажную ванну, погруженную в дополнительную ванну, цилиндрический пористый элемент размещен внутри барботажной ванны соосно ее корпусу, а ось барботажной ванны не совпадает с вертикальной осью аппарата. Сепаратор может быть выполнен в виде пакета контактных перфорированных пластин или в виде набора контактных коаксиальных цилиндров с завихрителями. Кроме того, плоский пористый элемент установлен в центре крышки. В качестве материала для изготовления пористых элементов использован спеченный нержавеющий пористый материал.

Использование цилиндрического пористого элемента в качестве барботера позволяет увеличить площадь контактной поверхности газа и сорбирующей жидкости, что и интенсифицирует процесс поглощения жидкости. За счет расположения цилиндрического пористого элемента внутри барботажной ванны при отсутствии расхода газа возможна авторегенерация пористого элемента.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где схематично изображен массообменный аппарат.

Массообменный аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с горизонтальной крышкой 2 в верхней части. По оси крышки 2 в отверстии расположен плоский пористый элемент 3, выполненный в виде круглой пластины из пористого коррозионно-стойкого металла. Это может быть пористая лента, получаемая прокаткой порошка нержавеющей стали (ПХ18Н15) с последующим спеканием в среде водорода.

Сепаратор, представляющий собой пакет контактных перфорированных пластин 4, расположен под крышкой 2 и зафиксирован в корпусе 1 между двумя стопорными кольцами 5. Каждая пластина является конусообразной поверхностью вращения с перфорацией. Отверстия в одних пластинах выполнены ближе к основанию, в других - ближе к вершине конуса. В пакете эти пластины чередуются и закреплены на стержне 6 с ориентацией вершин конуса в сторону крышки 2.

Барботажная ванна расположена под пакетом контактных перфорированных пластин 4 и включает цилиндрический корпус 7, перфорированный стакан 8, размещенный по оси корпуса 7, и цилиндрический пористый элемент 9, закрепленный концентрично на перфорированной части стакана 8. Цилиндрически пористый элемент 9 выполнен из пористого коррозионно-стойкого материала, такого же, как материал плоского пористого элемента 3.

Между корпусом 7 и стаканом 8 имеется замкнутая полость 10, в которую подается исходный газ.

Вертикальная ось барботажной ванны смещена относительно вертикальной оси симметрии корпуса аппарата 1, нижняя часть которого заполнена сорбентом и образует дополнительную ванну 11, в которую погружена барботажная ванна.

Аппарат снабжен штуцерами: входа газа - 12; выхода газа - 13; слива сорбента - 14. Залив и контроль уровня сорбента осуществляется через отдельный штуцер (на чертеже не показан).

Вместо пакета контактных перфорированных пластин 4 роль сепаратора может выполнять набор контактных коаксиальных корпусу 1 цилиндров с завихрителями, прикрепленный к крышке 2.

Устройство работает следующим образом.

Газ через штуцер 12 поступает в полость 10 барботажной ванны. Затем газ проходит через цилиндрический пористый элемент 9, совмещающий функции барботера и фильтра грубой очистки, разбивается на множество мелких струй и барботирует через слой сорбирующей жидкости (например, этиленгликоля, заполняющего часть корпуса 7), образуя на поверхности жидкости "кипящий слой". При разрыве пузырьков происходит капельный унос жидкости потоком газа, движущимся к пакету контактных пластин 4.

Во время прохождения газожидкостного потока через пакет перфорированных пластин 4 за счет периодического изменения скорости и направления его движения происходит отделение капель жидкости от газа.

Пленка жидкости движется по поверхности контактных перфорированных пластин 4 и по внутренней стенке корпуса 1 стекает в дополнительную ванну 11.

В случае использования в роли сепаратора набора контактных коаксиальных цилиндров с завихрителями поток при прохождении через полости между цилиндрами приобретает окружную скорость, центробежными силами капли жидкости отбрасываются к стенкам цилиндров, и в виде пленки жидкость стекает в дополнительную ванну 11.

Осушенный газ проходит через плоский пористый элемент 3, играющий роль фильтра тонкой очистки, и через штуцер 13 поступает к потребителю.

При отсутствии расхода газа через аппарат жидкость за счет капиллярного эффекта смачивает цилиндрический пористый элемент 9 и под действием столба жидкости поступает в канал полости 10, вымывая загрязнения из пор цилиндрического пористого элемента 9, таким образом, осуществляя его регенерацию. Загрязнения осаждаются в нижней отстойной зоне полости 10 барботажной ванны.

Формула изобретения

1. Массообменный аппарат, включающий цилиндрический корпус с горизонтальной крышкой, сепаратор, пористые элементы, барботажную ванну, погруженную в дополнительную ванну, отличающийся тем, что пористый элемент, расположенный в перфорированном стакане, размещен внутри цилиндрической барботажной ванны соосно с ее корпусом, а ось барботажной ванны смещена относительно оси аппарата.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен в виде пакета контактных перфорированных пластин.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сепаратор выполнен в виде набора контактных коаксиальных цилиндров с завихрителями, прикрепленного к горизонтальной крышке сепаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1